JP2013092717A - Fresnel lens and luminaire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フレネルレンズおよび照明装置に関する。 The present invention relates to a Fresnel lens and an illumination device.
ダウンライトまたはスポットライトのような比較的狭い光の照射範囲に集中的に強い照度を必要とする照明では、狭い光の照射範囲に光を集中させるために、光源の出射側にフレネルレンズを用いるものが知られている(たとえば特許文献1参照)。 In the case of illumination that requires intense illumination in a relatively narrow light irradiation range, such as downlights or spotlights, a Fresnel lens is used on the emission side of the light source in order to concentrate the light in the narrow light irradiation range. Those are known (for example, see Patent Document 1).
特許文献1に示されているようなフレネルレンズを平板化した一般的な従来のフレネルレンズについて、図12〜図17を参照しながら説明する。図12は、たとえばLED(Light Emitting Diode)である光源100と、光源100に対向する側にフレネルレンズ面が形成されているフレネルレンズ101と、フレネルレンズ101への入射光102と、フレネルレンズ101からの出射光のうちで本来の出射光となる中心光103および周辺に屈折して集光されない光となる損失光104とを示す図である。図13は、図12のフレネルレンズ101を光が入射する側の正面から見た状態を示す図で光源100を二点鎖線(仮想線)で示す図である。図14は、図12におけるフレネルレンズ101を拡大して示す図で併せて入射光102、中心光103、および損失光104の状態を示す図である。なお、図12に示す光源100の半円形は、光源100の照射範囲を模式的に示すものである。 A general conventional Fresnel lens obtained by flattening a Fresnel lens as disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 12 illustrates a light source 100 that is, for example, an LED (Light Emitting Diode), a Fresnel lens 101 having a Fresnel lens surface formed on the side facing the light source 100, incident light 102 on the Fresnel lens 101, and the Fresnel lens 101. It is a figure which shows the loss light 104 used as the light which is refracted | refracted to the periphery and becomes the light which is not condensed among the emitted light from the center. FIG. 13 is a diagram illustrating a state in which the Fresnel lens 101 in FIG. 12 is viewed from the front side on which light is incident, and is a diagram illustrating the light source 100 with a two-dot chain line (virtual line). FIG. 14 is an enlarged view showing the Fresnel lens 101 in FIG. 12 and also shows the states of the incident light 102, the central light 103, and the loss light 104. In addition, the semicircle of the light source 100 shown in FIG. 12 shows the irradiation range of the light source 100 typically.
図14に示すように、フレネルレンズ101は、フレネルレンズ面がのこぎり状となっており、通常のレンズ面として働く緩斜面105と損失光を発生させる急斜面106とが繰り返し交互に配置されている。図13の右上にも緩斜面105と急斜面106の状態を拡大して図示してある。この結果、凸部107と凹部108が交互に形成される。光源100からの入射光102は、フレネルレンズ101の緩斜面105および急斜面106によって屈折または反射し、フレネルレンズを通過していく。なお、図12、図14では、反射光については図示を省略してある。 As shown in FIG. 14, the Fresnel lens 101 has a saw-toothed Fresnel lens surface, and a gentle slope 105 that functions as a normal lens surface and a steep slope 106 that generates lost light are alternately and alternately arranged. The state of the gentle slope 105 and the steep slope 106 is also shown enlarged on the upper right of FIG. As a result, the convex portions 107 and the concave portions 108 are alternately formed. Incident light 102 from the light source 100 is refracted or reflected by the gentle slope 105 and the steep slope 106 of the Fresnel lens 101 and passes through the Fresnel lens. In FIGS. 12 and 14, the reflected light is not shown.
図15は、図12および図14に示す中心光103および損失光104の投影パターンであり、フレネルレンズ101と平行かつ所定の距離離れた投影面に投影されたパターンを示している。図15の上段の四角の範囲は光源100の中心から垂直に出射した光を中心にして左右および上下に各50mm(ミリメートル)の範囲を表し、図15の下段の四角の範囲は光源100の中心から垂直に出射した光を中心にして左右および上下に各250mmの範囲を表している。なお、図15において、上下のスケール表示は省略してある。図15の上段の図は、中心光103の投影パターンであり、下段の図は、中心光103と損失光104の投影パターンである。図15の上段の図において、領域110は、最も照度が高い部分である。次いで、領域111〜114と順次照度が低くなっている。また、図15の下段の図において、領域115は、図15の上段の図の中心光103の投影部分である。また、図15の下段の図において、領域116、117、118、119、120のうち、領域117、119は照度が比較的に高い部分である。 FIG. 15 is a projection pattern of the center light 103 and the loss light 104 shown in FIGS. 12 and 14, and shows a pattern projected on the projection plane parallel to the Fresnel lens 101 and separated by a predetermined distance. The upper square range in FIG. 15 represents a range of 50 mm (millimeters) left and right and up and down with respect to light emitted vertically from the center of the light source 100, and the lower square range in FIG. 15 represents the center of the light source 100. A range of 250 mm is shown on the left, right, and top and bottom with the light emitted vertically from the center. In FIG. 15, the upper and lower scale displays are omitted. The upper diagram in FIG. 15 shows the projection pattern of the central light 103, and the lower diagram shows the projection pattern of the central light 103 and the loss light 104. In the upper diagram of FIG. 15, a region 110 is a portion with the highest illuminance. Next, the illuminance decreases sequentially from the regions 111 to 114. Further, in the lower diagram of FIG. 15, a region 115 is a projection portion of the central light 103 in the upper diagram of FIG. 15. In the lower diagram of FIG. 15, among the regions 116, 117, 118, 119, and 120, the regions 117 and 119 are portions with relatively high illuminance.
図15の上段の図における中心光103の照度分布を図16の下段の図に示す。図16に示すように、領域110の部分が中心光103の投影面積の大部分を占めていることがわかる。図15の下段の図における中心光103と損失光104の照度分布を図17の下段の図に示す。図16の下段の縦軸は、照度の単位であるLuxである。図17に示すように、領域116、118、120の部分の照度がきわめて低く、特に領域118,120の部分の照度が低く、一方、領域117、119の照度が高いために、損失光104は、中心光103の周囲にリング状のパターンを形成することがわかる。 The illuminance distribution of the central light 103 in the upper diagram of FIG. 15 is shown in the lower diagram of FIG. As shown in FIG. 16, it can be seen that the region 110 occupies most of the projected area of the central light 103. The illuminance distribution of the central light 103 and the lost light 104 in the lower diagram of FIG. 15 is shown in the lower diagram of FIG. The vertical axis in the lower part of FIG. 16 is Lux, which is a unit of illuminance. As shown in FIG. 17, since the illuminance of the regions 116, 118, and 120 is extremely low, particularly the illuminance of the regions 118 and 120 is low, while the illuminance of the regions 117 and 119 is high, the lost light 104 is It can be seen that a ring-shaped pattern is formed around the central light 103.
上述したように、中心光103の投影パターンは、照度が最も高い領域110の面積が大部分を占め、その周囲の狭い領域111〜113で急激に照度が低下し、領域114では領域110と比較したらほとんどゼロになる。このような照度変化は、急激であるため人間の眼には不自然であり不快である。また、中心光103の周囲に生じる損失光104によるリング状のパターン、すなわち領域117、119は、リング斑のように見えてしまうという問題がある。 As described above, in the projection pattern of the central light 103, the area of the region 110 having the highest illuminance occupies most of the area, and the illuminance rapidly decreases in the narrow regions 111 to 113 around the area 110, and the region 114 is compared with the region 110. Then it becomes almost zero. Such a change in illuminance is abrupt and unnatural and uncomfortable for human eyes. Further, there is a problem that the ring-shaped pattern due to the lost light 104 generated around the central light 103, that is, the regions 117 and 119, appear as ring spots.
本発明は、このような背景の下に行われたものであって、中心光に相当する部分の急激な照度変化が無く、しかも照度が高い中心部分の周囲にリング状のパターンの発生がないようにできるフレネルレンズを提供することを目的とする。 The present invention has been performed under such a background, and there is no sudden change in illuminance in the portion corresponding to the central light, and no ring-shaped pattern is generated around the central portion where the illuminance is high. An object of the present invention is to provide a Fresnel lens that can be configured as described above.
本発明のひとつの観点は、フレネルレンズとしての観点である。本発明のフレネルレンズは、光を透過させるレンズ本体のいずれか片面に凹部と凸部とが繰り返し交互に配置されるフレネルレンズにおいて、凸部の頂上部または凹部の最深部のいずれか一方または双方に弧状部を有すると共に、入射した光を散乱させる散乱部を有するものである。 One aspect of the present invention is a viewpoint as a Fresnel lens. The Fresnel lens of the present invention is a Fresnel lens in which concave portions and convex portions are alternately and repeatedly arranged on one side of a lens body that transmits light, and either or both of the top of the convex portion or the deepest portion of the concave portion. In addition to the arc-shaped portion, the light-scattering portion has a scattering portion that scatters incident light.
たとえばフレネルレンズの散乱部は、表面散乱部と体積散乱部のいずれか一方または両方を有することができる。たとえば、表面散乱部は、レンズ本体の凸部と凹部とを有さない側の面、またはレンズ本体の凸部と凹部とを有する側の面、もしくはレンズ本体の凸部と凹部とを有さない側の面およびレンズ本体の凸部と凹部とを有する側の面の両面にブラスト加工されることで形成される。また、たとえば、体積散乱部は、レンズ本体が透明樹脂に光散乱粒子が含有される光散乱導光体で形成されるようにする。 For example, the scattering portion of the Fresnel lens can have one or both of a surface scattering portion and a volume scattering portion. For example, the surface scattering portion has a surface that does not have the convex portion and the concave portion of the lens body, or a surface that has the convex portion and the concave portion of the lens body, or has a convex portion and a concave portion of the lens body. It is formed by blasting both the non-side surface and the surface of the lens body having the convex and concave portions. Further, for example, the volume scattering portion is formed such that the lens body is a light scattering light guide in which light scattering particles are contained in a transparent resin.
本発明の他の観点は、照明装置としての観点である。本発明の照明装置は、本発明のフレネルレンズと、フレネルレンズの片面側に対向して配置された光源と、を有するものである。 Another aspect of the present invention is a viewpoint as a lighting device. The illuminating device of this invention has the Fresnel lens of this invention, and the light source arrange | positioned facing the single side | surface side of a Fresnel lens.
たとえば本発明の照明装置は、凸部と凹部とが繰り返し交互に配置されるフレネル面と対向する側に前記光源が設けられることが好ましい。 For example, in the illuminating device of the present invention, it is preferable that the light source is provided on a side facing a Fresnel surface in which convex portions and concave portions are alternately arranged.
本発明によれば、中心光の急激な照度変化が無く、しかも損失光によるリング状のパターンが発生しないようにできる。 According to the present invention, there is no abrupt illuminance change of the central light, and a ring-shaped pattern due to lost light can be prevented from occurring.
本発明の実施の形態のフレネルレンズ1を図1〜図11を参照しながら説明する。図1に示すように、フレネルレンズ1は、距離L離れた位置の光源2とそのフレネルレンズ面が対向するように配置されている。この照明装置において、距離Lは、約20mm(ミリメートル)となっている。光源2は、LED7でありその照射範囲を模式的に示すと半円形8のようになる。この照明装置では、光源2から出射された光の一部である入射光3はフレネルレンズ1で屈折された中心光4、およびフレネルレンズ1で屈折された損失光5ならびに後述する出射光18,19となりフレネルレンズ1から出射する。図2に示すように、フレネルレンズ1を光が入射する側の正面から見ると、複数の大小の同心円6が形成された状態となっている。この同心円6は、後述する凸部12による同心円6aと、凹部13による同心円6bとが形成されている。フレネルレンズ1と光源2とは、図1、図2に示すように、フレネルレンズ1のフレネルレンズ面に対して垂直方向に、かつフレネルレンズ面の中心から距離Lだけ離れた位置に光源2がくるように配置されている。 A Fresnel lens 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the Fresnel lens 1 is disposed so that the light source 2 at a distance L away from the Fresnel lens surface. In this lighting device, the distance L is about 20 mm (millimeters). The light source 2 is an LED 7, and its irradiation range is schematically shown as a semicircle 8. In this illuminating device, incident light 3 which is a part of light emitted from the light source 2 is center light 4 refracted by the Fresnel lens 1, loss light 5 refracted by the Fresnel lens 1, and outgoing light 18, which will be described later. 19 is emitted from the Fresnel lens 1. As shown in FIG. 2, when the Fresnel lens 1 is viewed from the front side where light enters, a plurality of large and small concentric circles 6 are formed. The concentric circle 6 is formed with a concentric circle 6 a formed by a convex portion 12 and a concentric circle 6 b formed by a concave portion 13. As shown in FIGS. 1 and 2, the Fresnel lens 1 and the light source 2 are arranged such that the light source 2 is perpendicular to the Fresnel lens surface of the Fresnel lens 1 and at a distance L from the center of the Fresnel lens surface. It is arranged to come.
図1、図3に示すように、フレネルレンズ1は、レンズ本体10、表面を粗したブラスト面11、凸部12、凹部13、通常のレンズ面として働く緩斜面14、および損失光を発生させる急斜面15を有している。フレネルレンズ1を形成するレンズ本体10は、たとえば透明樹脂製である。レンズ本体10の光源2に対向する側には、凸部12と凹部13とがフレネルレンズ面の中央を中心として交互に繰り返し配置されている。また、凸部12と凹部13でつながれる緩斜面14と急斜面15も同様に交互に繰り返すように配置されている。また、レンズ本体10の光源2と反対側の面は、表面が粗いブラスト面11になっている。また、凸部12の頂上部と凹部13の最深部とは、それぞれ弧状を呈している。以下では、これを弧状部Rと称することとする。 As shown in FIGS. 1 and 3, the Fresnel lens 1 generates a lens body 10, a rough blast surface 11, a convex portion 12, a concave portion 13, a gentle slope 14 that functions as a normal lens surface, and loss light. A steep slope 15 is provided. The lens body 10 forming the Fresnel lens 1 is made of, for example, a transparent resin. On the side of the lens body 10 facing the light source 2, convex portions 12 and concave portions 13 are alternately and repeatedly arranged around the center of the Fresnel lens surface. Further, the gentle slope 14 and the steep slope 15 connected by the convex portion 12 and the concave portion 13 are also arranged so as to be alternately repeated. The surface of the lens body 10 opposite to the light source 2 is a blast surface 11 having a rough surface. Further, the top of the convex portion 12 and the deepest portion of the concave portion 13 each have an arc shape. Hereinafter, this is referred to as an arcuate portion R.
フレネルレンズ1のフレネルレンズ面は、図3に示すように、凸部12の最上部(すなわち頂上部)から緩やかに下がっていき凹部13の最下部(すなわち最深部)に至る緩斜面14と、凸部12の最上部(頂上部)から急速に下がっていき凹部13の最下部(最深部)に至る急斜面15とに区分けされる。また、緩斜面14から弧状部Rを除いた直線状の直線緩斜面16を有し、急斜面15は弧状部Rを除いた直線状の直線急斜面17を有している。たとえば入射光3が直線緩斜面16に入射すると中心光4として出射され、入射光3が直線急斜面17に入射すると損失光5として出射される。一方、凸部12と凹部13とが有する弧状部Rに入射すると、入射光3は、従来より広い方向に拡散させられる。さらにブラスト面11から出射する中心光4、損失光5、および弧状部Rからの光は、ブラスト面11によってさらに散乱させられる。 As shown in FIG. 3, the Fresnel lens surface of the Fresnel lens 1 has a gentle slope 14 that gently falls from the uppermost portion (that is, the top) of the convex portion 12 and reaches the lowermost portion (that is, the deepest portion) of the concave portion 13. It is divided into a steep slope 15 that rapidly descends from the uppermost part (top) of the convex part 12 and reaches the lowermost part (deepest part) of the concave part 13. Further, the straight slope 16 has a straight straight gentle slope 16 excluding the arc-shaped portion R from the gentle slope 14, and the steep slope 15 has a straight straight steep slope 17 excluding the arc-shaped portion R. For example, when the incident light 3 enters the straight gentle slope 16, it is emitted as the center light 4, and when the incident light 3 enters the straight steep slope 17, it is emitted as the loss light 5. On the other hand, when the light enters the arcuate portion R of the convex portion 12 and the concave portion 13, the incident light 3 is diffused in a wider direction than in the past. Further, the central light 4, the loss light 5, and the light from the arcuate portion R emitted from the blast surface 11 are further scattered by the blast surface 11.
すなわち、図3に示すように、入射光3のうち、直線緩斜面16に入る光の束3aはブラスト面11によって散乱させられ中心光4aとなって出射する。また、直線急斜面17に入る光の束3bもブラスト面11によって散乱させられ損失光5aとなって出射する。さらに凸部12の弧状部Rに入射する光の束3cは、従来に比べ、より広い角度範囲にわたって屈折し、同様に、凹部13の弧状部Rに入射する光の束3dは、従来に比べ、より広い角度範囲にわたって屈折する。広い角度範囲にわたって屈折した光は、フレネルレンズ1のブラスト面11によって散乱させられ、より分散化し、光の束3cは、出射光18となって出射し、光の束3dは出射光19となって出射する。このように、このフレネルレンズ1は、弧状部Rでの拡散と、ブラスト面11による散乱とによって、フレネルレンズ1からの出射光が中心光4と損失光5とに分離されることはない。 That is, as shown in FIG. 3, the bundle 3a of light entering the straight gentle slope 16 of the incident light 3 is scattered by the blast surface 11 and emitted as the central light 4a. Further, the light bundle 3b entering the straight steep slope 17 is also scattered by the blast surface 11 and emitted as the lost light 5a. Furthermore, the bundle of light 3c incident on the arcuate portion R of the convex portion 12 is refracted over a wider angle range as compared to the conventional case, and similarly, the bundle of light 3d incident on the arcuate portion R of the concave portion 13 is compared with the conventional case. Refracts over a wider angular range. The light refracted over a wide angle range is scattered by the blast surface 11 of the Fresnel lens 1 and is further dispersed. The light bundle 3c is emitted as the outgoing light 18, and the light bundle 3d becomes the outgoing light 19. And exit. As described above, in the Fresnel lens 1, the light emitted from the Fresnel lens 1 is not separated into the center light 4 and the loss light 5 due to diffusion in the arcuate portion R and scattering by the blast surface 11.
上述した凸部12と凹部13との弧状部Rの形状は、図3に示すように、凸部12と凸部12、または凹部13と凹部13との間隔をP(mm:ミリメートル)とし、弧状部Rの半径をr(mm)とすると、たとえば
0.01<r/P≦0.3
である。この実施の形態のフレネルレンズ1では、
r/P=0.17
とした。ブラスト面11を形成せずに、鏡面としたものでr/Pの値を様々に変更してみたが、r/Pの値が0.01以下であると、直線緩斜面16からの出射光である中心光4と、直線急斜面17からの出射光である損失光5との間に入る光がほとんどなく、一方、r/Pの値が0.3よりも大きいと照度が高い領域が広がり過ぎてしまうことがわかった。
As shown in FIG. 3, the shape of the arc-shaped portion R between the convex portion 12 and the concave portion 13 described above is such that the interval between the convex portion 12 and the convex portion 12 or the concave portion 13 and the concave portion 13 is P (mm: millimeter). When the radius of the arc-shaped portion R is r (mm), for example, 0.01 <r / P ≦ 0.3
It is. In the Fresnel lens 1 of this embodiment,
r / P = 0.17
It was. The r / P value was changed in various ways using a mirror surface without forming the blast surface 11. There is almost no light that enters between the central light 4 and the loss light 5 that is the light emitted from the straight steep slope 17, while if the value of r / P is greater than 0.3, the region with high illuminance spreads. I knew it would be over.
また、ブラスト面11の表面粗さRa(μm:マイクロメートル)は、
0.3≦Ra≦40
である。この実施の形態のフレネルレンズ1では、
Ra=25(μm)
とした。弧状部Rを形成しない従来と同様なものでRaの値を様々に変更してみたが、Raの値が0.3μmより小さいと表面散乱がほとんど確認されず、従来の鏡面と同じような配光状態となり、Raの値が40μmより大きいと中心光4の照度が低下し、配光が広がり過ぎることがわかった。
The surface roughness Ra (μm: micrometer) of the blast surface 11 is
0.3 ≦ Ra ≦ 40
It is. In the Fresnel lens 1 of this embodiment,
Ra = 25 (μm)
It was. The Ra value was changed variously in the same manner as in the conventional case where the arcuate portion R was not formed. However, when the Ra value was smaller than 0.3 μm, surface scattering was hardly confirmed, and the same arrangement as the conventional mirror surface was used. It was found that when the light state was reached and the value of Ra was larger than 40 μm, the illuminance of the central light 4 was lowered and the light distribution was too wide.
図4は、図2のフレネルレンズ1を通過した光の投影パターンを示す図である。この投影パターンは、光源2のLED7から出射する光がフレネルレンズ面全体に入射し、ブラスト面11の全体から出射する場合を示している。図4の上段の四角の範囲は光源2を中心にして左右および上下に各50mm(ミリメートル)の範囲を表し、図4の下段の四角の範囲は光源2を中心にして左右および上下に各250mmの範囲を表している。なお、図4において、上下のスケール表示は省略してある。図4は、フレネルレンズ1から出射された光が、フレネルレンズ1と平行かつ所定の距離離れた投影面に投影されたパターンを示している。図4の上段の図は、従来の中心光103とその近傍に相当する範囲の投影パターンであり、下段の図は、従来の中心光103と従来の損失光104とその周囲に相当する範囲の投影パターンである。 FIG. 4 is a diagram showing a projection pattern of light that has passed through the Fresnel lens 1 of FIG. This projection pattern shows a case where light emitted from the LED 7 of the light source 2 enters the entire Fresnel lens surface and exits from the entire blast surface 11. 4 represents a range of 50 mm (millimeters) left and right and up and down with respect to the light source 2, and the lower square range of FIG. Represents the range. In FIG. 4, upper and lower scale displays are omitted. FIG. 4 shows a pattern in which light emitted from the Fresnel lens 1 is projected onto a projection plane that is parallel to the Fresnel lens 1 and separated by a predetermined distance. The upper diagram in FIG. 4 shows the projection pattern of the range corresponding to the conventional central light 103 and the vicinity thereof, and the lower diagram shows the projection pattern of the conventional central light 103, the conventional loss light 104, and the surroundings thereof. This is a projection pattern.
図4の上段の図において、領域20は、最も照度が高い部分である。領域20の外周の狭い領域21は、領域21の外周の領域22よりも若干照度が低い。次いで、領域22〜26と順次照度が低くなっている。また、図4の下段の図において、領域30は、図4の上段の図の領域20〜25の部分である。また、図4の下段の図において、領域31は従来の損失光104に相当する範囲の投影パターンである。 In the upper diagram of FIG. 4, the region 20 is a portion with the highest illuminance. The narrow region 21 on the outer periphery of the region 20 has slightly lower illuminance than the region 22 on the outer periphery of the region 21. Next, the illuminance decreases sequentially with the regions 22 to 26. Further, in the lower diagram of FIG. 4, a region 30 is a portion of regions 20 to 25 in the upper diagram of FIG. 4. Further, in the lower diagram of FIG. 4, a region 31 is a projection pattern in a range corresponding to the conventional loss light 104.
図4の上段の図における投影パターンの照度分布を図5の下段の図に示す。図5の下段の縦軸は照度の単位であるLuxを示している。図5に示すように、領域21が少しくぼんでいるが全体的には領域20から領域26まで段階的になだらかに照度が下がっていることがわかる。これは従来例の図16との比較によっても明らかである。図16における領域110の照度が図5における領域20の照度に対応しているが、領域20の面積は、領域110の面積よりも小さい。これにより領域20の周囲の領域21〜26の照度低下変化は、領域110の周囲の領域111〜114の照度低下変化よりもなだらかになっている。 The illuminance distribution of the projection pattern in the upper diagram of FIG. 4 is shown in the lower diagram of FIG. The vertical axis in the lower part of FIG. 5 indicates Lux, which is a unit of illuminance. As shown in FIG. 5, it can be seen that although the region 21 is slightly depressed, the illuminance gradually decreases gradually from the region 20 to the region 26. This is also apparent from a comparison with the conventional example of FIG. 16 corresponds to the illuminance of the region 20 in FIG. 5, but the area of the region 20 is smaller than the area of the region 110. Thereby, the illuminance decrease change in the areas 21 to 26 around the area 20 is gentler than the illuminance decrease change in the areas 111 to 114 around the area 110.
図4の下段の図における投影パターンの照度分布を図6の下段の図に示す。図6の下段の縦軸は照度の単位であるLuxを示している。図6に示すように、領域30の外周には、従来の損失光104に相当する領域31が存在し、しかも照度低下変化はなだらかである。領域32には出射光はほとんど照射されていない。図6の照度分布を図17の従来例の照度分布と比較すると、図17で生じている照度が隣接する部分よりも高くなる領域117、119は、図6の照度分布では存在しない。したがって、図6の照度分布では、リング状のパターンは存在しない。 The illuminance distribution of the projection pattern in the lower diagram of FIG. 4 is shown in the lower diagram of FIG. The vertical axis in the lower part of FIG. 6 indicates Lux, which is a unit of illuminance. As shown in FIG. 6, a region 31 corresponding to the conventional loss light 104 exists on the outer periphery of the region 30, and the change in illuminance is gentle. The region 32 is hardly irradiated with emitted light. When the illuminance distribution of FIG. 6 is compared with the illuminance distribution of the conventional example of FIG. 17, the regions 117 and 119 where the illuminance generated in FIG. 17 is higher than the adjacent portions do not exist in the illuminance distribution of FIG. Accordingly, there is no ring-shaped pattern in the illuminance distribution of FIG.
(比較例1)
次に、比較例1として、図3に示したフレネルレンズ1の凸部12および凹部13における弧状部Rを無くして弧状部Rによる散乱を無くし、ブラスト面11のみにより散乱が生じるようにしたフレネルレンズ1Aの投影パターンを図7に示す。図7の上段の四角の範囲は光源2を中心にして左右および上下に各50mmの範囲を表し、図7の下段の四角の範囲は光源2を中心にして左右および上下に各250mmの範囲を表している。なお、図7において、上下のスケール表示は省略してある。また、比較例1では、従来の中心光103に相当する領域を中心光4Aとし、従来の損失光104に相当する領域を損失光5Aと標記する。
(Comparative Example 1)
Next, as Comparative Example 1, the arc-shaped portion R in the convex portion 12 and the concave portion 13 of the Fresnel lens 1 shown in FIG. 3 is eliminated so that scattering by the arc-shaped portion R is eliminated, and scattering is caused only by the blast surface 11. A projection pattern of the lens 1A is shown in FIG. The upper square range in FIG. 7 represents a range of 50 mm each in the left and right and up and down directions with respect to the light source 2, and the lower square range in FIG. Represents. In FIG. 7, the upper and lower scale displays are omitted. In Comparative Example 1, a region corresponding to the conventional center light 103 is denoted as center light 4A, and a region corresponding to the conventional loss light 104 is denoted as loss light 5A.
図7に示すように、中心光4Aの投影パターンは、図5に示した投影パターンとほぼ同じであり、領域20〜26を有する。一方、損失光5Aの投影パターンは、図6に示した本発明の実施の形態に係る投影パターンとは異なり、明るい領域30,41の間に暗い領域40を有する。図8の下段に、図7の下段に示した損失光5Aの投影パターンの照度分布を示す。図8に示すように、比較例1によれば、損失光5Aの投影パターンは、領域40の照度が領域41の照度よりも低いため、領域41が僅かではあるが薄いリング状のパターンを呈する。 As shown in FIG. 7, the projection pattern of the central light 4 </ b> A is almost the same as the projection pattern shown in FIG. 5 and has regions 20 to 26. On the other hand, unlike the projection pattern according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 6, the projection pattern of the loss light 5 </ b> A has a dark region 40 between the bright regions 30 and 41. The lower part of FIG. 8 shows the illuminance distribution of the projection pattern of the lossy light 5A shown in the lower part of FIG. As shown in FIG. 8, according to the comparative example 1, the projection pattern of the loss light 5 </ b> A exhibits a thin ring-shaped pattern although the area 41 is slightly because the illuminance of the area 40 is lower than the illuminance of the area 41. .
比較例1と本発明実施の形態とを比較すれば、フレネルレンズ1の凸部12および凹部13における弧状部Rは、主に、従来の損失光104に相当する領域にリング状のパターンを発生させないようにする作用が認められる。一方、ブラスト面11は、中心光4Aの照度低下を緩やかにする作用が認められる。この比較例1は、従来のものに比べればより良いものであり、用途によっては比較例1を採用してもよい。 Comparing Comparative Example 1 with the embodiment of the present invention, the arc-shaped portion R in the convex portion 12 and the concave portion 13 of the Fresnel lens 1 generates a ring-shaped pattern mainly in a region corresponding to the conventional loss light 104. The effect of preventing it is observed. On the other hand, the blast surface 11 has an effect of moderately reducing the illuminance reduction of the central light 4A. The comparative example 1 is better than the conventional one, and the comparative example 1 may be adopted depending on the application.
(比較例2)
次に、比較例2として、図3に示したフレネルレンズ1の凸部12および凹部13における弧状部Rを有するが、ブラスト面11を無くしたフレネルレンズ1Bの投影パターンを図9に示す。図9の上段の四角の範囲は光源2を中心にして左右および上下に各50mmの範囲を表し、図9の下段の四角の範囲は光源2を中心にして左右および上下に各250mmの範囲を表している。なお、図9において、上下のスケール表示は省略してある。また、比較例2では、従来の中心光103に相当する領域を中心光4Bとし、従来の損失光104に相当する領域を損失光5Bと標記する。
(Comparative Example 2)
Next, as Comparative Example 2, FIG. 9 shows a projection pattern of the Fresnel lens 1B having the convex portion 12 and the concave portion 13 of the Fresnel lens 1 shown in FIG. The upper square range in FIG. 9 represents a range of 50 mm each in the left and right and up and down directions with respect to the light source 2, and the lower square range in FIG. Represents. In FIG. 9, upper and lower scale displays are omitted. In Comparative Example 2, a region corresponding to the conventional center light 103 is denoted as center light 4B, and a region corresponding to the conventional loss light 104 is denoted as loss light 5B.
図9に示すように、中心光4Bの投影パターンは、従来例として図16に示した中心光103とほぼ同じであり、領域50〜54を有し、急激な照度低下が発生している。また、損失光5Bの投影パターンは、領域60〜63を有し、リング班となるリング状のパターンは薄くなっている。図10の下段に、図9の下段に示した損失光5Bの投影パターンの照度分布を示す。図10に示すように、比較例2によれば、損失光5Bの投影パターンについては、領域61に周囲より僅かに暗い部分が生じているが全体的には領域60〜63の順で照度が段階的に低くなっている。これにより領域60〜62の範囲にはリング状のパターンはほとんど発生しない。 As shown in FIG. 9, the projection pattern of the center light 4B is substantially the same as the center light 103 shown in FIG. 16 as a conventional example, has regions 50 to 54, and a rapid decrease in illuminance occurs. Moreover, the projection pattern of the loss light 5B has regions 60 to 63, and the ring-shaped pattern that becomes a ring pattern is thin. The lower part of FIG. 10 shows the illuminance distribution of the projection pattern of the lost light 5B shown in the lower part of FIG. As shown in FIG. 10, according to the comparative example 2, the projection pattern of the loss light 5B has a slightly darker portion than the surroundings in the region 61, but overall the illuminance is in the order of the regions 60 to 63. It is getting lower step by step. Thereby, a ring-shaped pattern hardly occurs in the range of the regions 60 to 62.
比較例2と本実施の形態とを比較すれば、フレネルレンズ1のブラスト面11は、主に、従来の中心光103に相当する領域の照度変化をなだらかにする作用が認められる。すなわち比較例2では、ブラスト面11が無いため中心部分で急激な照度低下が生じている。なお、この比較例2も従来例よりは改善されているため、用途によっては、この比較例2を採用してもよい。 Comparing Comparative Example 2 and the present embodiment, it is recognized that the blast surface 11 of the Fresnel lens 1 mainly has an effect of gently smoothing the illuminance change in the area corresponding to the conventional central light 103. That is, in Comparative Example 2, since there is no blast surface 11, a sharp decrease in illuminance occurs in the central portion. Since this comparative example 2 is also improved over the conventional example, this comparative example 2 may be adopted depending on the application.
(配光分布について)
フレネルレンズ1、1A、1B、および従来のフレネルレンズ101の配光分布について、図11を参照しながら説明する。図11は、フレネルレンズ1、1A、1B、および従来のフレネルレンズ101の配光分布を示す図である。図11は、横軸に光源2から見た角度をとり、縦軸に光度比率をとる。図11では、実線でフレネルレンズ1の配光分布を示し、破線でフレネルレンズ1Aの配光分布を示し、二点鎖線でフレネルレンズ1Bの配光分布を示し、一点鎖線で従来のフレネルレンズ101の配光分布を示している。
(About light distribution)
The light distribution of the Fresnel lenses 1, 1A, 1B and the conventional Fresnel lens 101 will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a diagram showing the light distribution of the Fresnel lenses 1, 1 </ b> A, 1 </ b> B and the conventional Fresnel lens 101. In FIG. 11, the horizontal axis indicates the angle viewed from the light source 2, and the vertical axis indicates the luminous intensity ratio. In FIG. 11, the solid line shows the light distribution of the Fresnel lens 1, the broken line shows the light distribution of the Fresnel lens 1A, the two-dot chain line shows the light distribution of the Fresnel lens 1B, and the one-dot chain line shows the conventional Fresnel lens 101. The light distribution is shown.
図11に示すように、フレネルレンズ1、1A、1Bの光度比率の半値(0.5)での角度は、従来例のフレネルレンズ101とほぼ同じであり、中心付近でも充分な光を得ることができている。 As shown in FIG. 11, the angle at the half value (0.5) of the luminous intensity ratio of the Fresnel lenses 1, 1A, 1B is substantially the same as that of the Fresnel lens 101 of the conventional example, and sufficient light is obtained even near the center. Is done.
(効果)
以上説明したように、この実施の形態に係るフレネルレンズ1は、凸部12の頂上部および凹部13の最深部が弧状部Rを有すると共に、入射した光を表面散乱させるブラスト面11を有する。これによれば図5に示すように、中心部分の照度変化が、たとえば図16に示す従来例に比べてなだらかである。また、図6に示すように、従来の損失光104に相当する領域、すなわち中心部分を囲む領域の照度変化についてもなだらかであり、たとえば図17に示す従来例のようなリング状のパターンを呈することがない。これにより、従来の課題を解決し、中心部分の急激な照度変化が無く、照度が高い中心部分の周囲にリング状のパターンが発生しないようにできる。
(effect)
As described above, the Fresnel lens 1 according to this embodiment has the top of the convex portion 12 and the deepest portion of the concave portion 13 having the arc-shaped portion R, and the blast surface 11 that scatters incident light on the surface. According to this, as shown in FIG. 5, the change in illuminance at the central portion is gentler than that of the conventional example shown in FIG. Further, as shown in FIG. 6, the change in illuminance in the region corresponding to the conventional lost light 104, that is, the region surrounding the central portion is also gentle, and for example, a ring-shaped pattern like the conventional example shown in FIG. 17 is exhibited. There is nothing. As a result, the conventional problem can be solved, and there is no sudden change in illuminance in the central portion, so that a ring-shaped pattern does not occur around the central portion where the illuminance is high.
すなわち、従来のフレネルレンズ101では、緩斜面105および急斜面106のつながり部である凸部107と凹部108が共に鋭角であるため、入射光102が緩斜面105に入射したものと急斜面106に入射したものに二分される。言い換えると、従来のフレネルレンズ101では、中心光103と損失光104の間に領域116、117、118のような照度が低い部分が生じ、リング状のパターンとなる。本実施の形態のフレネルレンズ1では、凸部12の頂上部および凹部13の最深部が弧状部Rを有するため、凸部12の頂上部および凹部13の最深部を通過する光が広い角度範囲にわたって屈折しているため、中心光103と損失光104の間がその光によって埋まるので、損失光104に相当する領域にはリング状のパターンは生じない。さらに、本実施の形態のフレネルレンズ1は、ブラスト面11を有するので、フレネルレンズ1から出射される中心部分が散乱され、なだらかな照度変化を呈する。 That is, in the conventional Fresnel lens 101, since the convex portion 107 and the concave portion 108, which are connected portions of the gentle slope 105 and the steep slope 106, are both acute angles, the incident light 102 is incident on the gentle slope 105 and the steep slope 106. Divided into things. In other words, in the conventional Fresnel lens 101, a portion with low illuminance such as the regions 116, 117, and 118 is generated between the central light 103 and the lost light 104, resulting in a ring-shaped pattern. In the Fresnel lens 1 of the present embodiment, since the top of the convex portion 12 and the deepest portion of the concave portion 13 have the arcuate portion R, the light passing through the top of the convex portion 12 and the deepest portion of the concave portion 13 has a wide angular range. Since the light is buried between the central light 103 and the loss light 104, no ring-shaped pattern is generated in the region corresponding to the loss light 104. Furthermore, since the Fresnel lens 1 of the present embodiment has the blast surface 11, the central portion emitted from the Fresnel lens 1 is scattered and exhibits a gentle change in illuminance.
また、フレネルレンズ1では、凸部12と凹部13とが、レンズ本体10の光源2に対向する側に設けられている。これによれば凸部12と凹部13とが外気に晒されることがなく、凹部13に塵が溜まるなどの不具合が発生しないようにできる。 In the Fresnel lens 1, the convex portion 12 and the concave portion 13 are provided on the side of the lens body 10 that faces the light source 2. According to this, the convex portion 12 and the concave portion 13 are not exposed to the outside air, and it is possible to prevent a problem such as accumulation of dust in the concave portion 13.
また、フレネルレンズ1では、凸部12の頂上部および凹部13の最深部が鋭角ではなく丸い弧状部Rを有するため、フレネルレンズ1を金型で成形する際に、凸部12の頂上部および凹部13の最深部を金型から抜け易くできる。これによれば、フレネルレンズ1を製造する工程における歩留まり率を向上させることができる。また、金型の低コスト化、長寿命化にも有利となる。 Further, in the Fresnel lens 1, since the top of the convex portion 12 and the deepest portion of the concave portion 13 have a round arc-shaped portion R instead of an acute angle, when the Fresnel lens 1 is molded with a mold, The deepest portion of the recess 13 can be easily removed from the mold. According to this, the yield rate in the process of manufacturing the Fresnel lens 1 can be improved. Moreover, it is advantageous for cost reduction and long life of the mold.
(その他の実施の形態)
本発明の実施の形態は、その要旨を逸脱しない限り様々に変更が可能である。
(Other embodiments)
Various modifications can be made to the embodiment of the present invention without departing from the gist thereof.
たとえば上述の実施の形態では、凸部12と凹部13との双方に弧状部Rを設けたが、凸部12または凹部13のいずれか一方に弧状部Rを設けるようにしてもよい。 For example, in the above-described embodiment, the arc-shaped portion R is provided on both the convex portion 12 and the concave portion 13, but the arc-shaped portion R may be provided on either the convex portion 12 or the concave portion 13.
また、上述の実施の形態では、表面散乱部としてブラスト加工が施されたブラスト面11を有したが、ブラスト面11に替えて、ヤスリかけなどで表面を細かく粗らした面としてもよい。あるいは、ブラスト面11に替えて、光を散乱させるシートをレンズの表面に貼り付けてもよい。もしくは、ブラスト面11などの表面散乱部を設けずに、またはブラスト面11などの表面散乱部を設けた上でさらに、レンズ本体10を形成する透明樹脂体を、光散乱粒子が含有される光散乱導光体(たとえば特開2011−49233号公報参照)で形成した体積散乱部を設けてもよい。 In the above-described embodiment, the blasted surface 11 is provided as the surface scattering portion. However, instead of the blasted surface 11, the surface may be finely roughened by sanding or the like. Alternatively, instead of the blast surface 11, a sheet that scatters light may be attached to the surface of the lens. Alternatively, the transparent resin body that forms the lens body 10 may be used without the surface scattering portion such as the blast surface 11 or after the surface scattering portion such as the blast surface 11 is provided. You may provide the volume scattering part formed with the scattering light guide (for example, refer Unexamined-Japanese-Patent No. 2011-49233).
また、ブラスト面11は、レンズ本体10の凸部12と凹部13とを有さない側の面に有するとして説明したが、その他にもレンズ本体10の凸部12と凹部13とを有する側の面、もしくはレンズ本体10の凸部12と凹部13とを有さない側の面およびレンズ本体10の凸部12と凹部13とを有する側の面の両面に有してもよい。特に、ブラスト面11を、レンズ本体10の凸部12と凹部13とを有さない側の面およびレンズ本体10の凸部12と凹部13とを有する側の面の両面に有すれば、表面散乱部の面積が増えるので、表面散乱光を増やすことができる。これによれば、ブラスト面11の従来の中心光103に相当する領域の照度変化をなだらかにする作用がさらに増強される。 In addition, the blast surface 11 has been described as having the convex portion 12 and the concave portion 13 of the lens body 10, but in addition, the blast surface 11 on the side having the convex portion 12 and the concave portion 13 of the lens body 10 is also provided. You may have on the surface of the surface which does not have the convex part 12 and the recessed part 13 of the lens main body 10, and the side which has the convex part 12 and the recessed part 13 of the lens main body 10. In particular, if the blast surface 11 is provided on both the surface of the lens body 10 that does not have the convex portion 12 and the concave portion 13 and the surface of the lens body 10 that has the convex portion 12 and the concave portion 13, the surface Since the area of the scattering portion increases, surface scattered light can be increased. According to this, the effect | action which smoothes the illumination intensity change of the area | region equivalent to the conventional center light 103 of the blast surface 11 is further strengthened.
また、上述の実施の形態では、レンズ本体10の光源2に対向する側に凸部12と凹部13とを設け、レンズ本体10の光源2とは反対側にブラスト面11を設けたが、凸部12と凹部13を出射面側に設けブラスト面11を光源2と対向する側に設けるようにしてもよい。 In the above-described embodiment, the convex portion 12 and the concave portion 13 are provided on the side of the lens body 10 facing the light source 2, and the blast surface 11 is provided on the opposite side of the lens body 10 from the light source 2. The part 12 and the recessed part 13 may be provided on the exit surface side, and the blast surface 11 may be provided on the side facing the light source 2.
また、上述の実施の形態では、レンズ本体10の面を平面としてフレネルレンズ1を構成したが、レンズ本体10を円弧状等とし、フレネルレンズ面を曲面としてもよい。その場合、フレネルレンズ面のみを曲面とし、反対側を平面としたり、フレネルレンズ面とその反対側の両面を曲面としたりしてもよい。また、ブラスト面11の表面粗さRaを、0.3≦Ra≦40の範囲のいずれかとし、弧状部Rの半径rとフレネルレンズ面のピッチPとの関係であるr/Pを0.17としたり0.01<r/P≦0.3の範囲のいずれかとしてもよい。また、r/Pを0.01<r/P≦0.3の範囲のいずれかとしRaを25μmとしてもよい。 In the above-described embodiment, the Fresnel lens 1 is configured with the surface of the lens body 10 as a plane. However, the lens body 10 may have an arc shape or the like, and the Fresnel lens surface may have a curved surface. In that case, only the Fresnel lens surface may be a curved surface and the opposite side may be a flat surface, or both the Fresnel lens surface and the opposite side may be curved. Further, the surface roughness Ra of the blast surface 11 is set to any one of the ranges of 0.3 ≦ Ra ≦ 40, and r / P, which is the relationship between the radius r of the arcuate portion R and the pitch P of the Fresnel lens surface, is set to 0. 17 or 0.01 <r / P ≦ 0.3. Also, r / P may be any of 0.01 <r / P ≦ 0.3, and Ra may be 25 μm.
1…フレネルレンズ、2…光源、10…レンズ本体(体積散乱部)、11…ブラスト面(表面散乱部)、12…凸部、13…凹部、R…弧状部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fresnel lens, 2 ... Light source, 10 ... Lens main body (volume scattering part), 11 ... Blast surface (surface scattering part), 12 ... Convex part, 13 ... Concave part, R ... Arc-shaped part
Claims (6)
前記凸部の頂上部または前記凹部の最深部のいずれか一方または双方に弧状部を有すると共に、入射した光を散乱させる散乱部を有する、
ことを特徴とするフレネルレンズ。 In a Fresnel lens in which convex portions and concave portions are alternately and repeatedly arranged on one side of a lens body that transmits light,
It has an arcuate part at one or both of the top of the convex part or the deepest part of the concave part, and has a scattering part that scatters incident light,
This is a Fresnel lens.
前記散乱部は、表面散乱部と体積散乱部のいずれか一方または両方を有する、
ことを特徴とするフレネルレンズ。 The Fresnel lens according to claim 1,
The scattering part has either one or both of a surface scattering part and a volume scattering part,
This is a Fresnel lens.
前記表面散乱部は、前記レンズ本体の前記凸部と前記凹部とを有さない側の面、または前記レンズ本体の前記凸部と前記凹部とを有する側の面、もしくは前記レンズ本体の前記凸部と前記凹部とを有さない側の面および前記レンズ本体の前記凸部と前記凹部とを有する側の面の両面にブラスト加工されることで形成される、
ことを特徴とするフレネルレンズ。 The Fresnel lens according to claim 2,
The surface scattering portion is a surface of the lens main body that does not have the convex portion and the concave portion, or a surface of the lens main body that has the convex portion and the concave portion, or the convex portion of the lens main body. Formed by blasting both the surface of the lens body and the surface not having the concave portion and the surface of the lens body having the convex portion and the concave portion.
This is a Fresnel lens.
前記体積散乱部は、前記レンズ本体が透明樹脂に光散乱粒子が含有される光散乱導光体で形成される、
ことを特徴とするフレネルレンズ。 The Fresnel lens according to claim 2 or 3,
The volume scattering portion is formed of a light scattering light guide in which the lens body contains light scattering particles in a transparent resin.
This is a Fresnel lens.
前記フレネルレンズの片面側に対向して配置された光源と、
を有する、
ことを特徴とする照明装置。 The Fresnel lens according to any one of claims 1 to 4,
A light source disposed to face one side of the Fresnel lens;
Having
A lighting device characterized by that.
凸部と凹部とが繰り返し交互に配置されるフレネル面と対向する側に前記光源が設けられる、
ことを特徴とする照明装置。 The lighting device according to claim 5.
The light source is provided on the side facing the Fresnel surface where the convex portions and concave portions are alternately and repeatedly arranged,
A lighting device characterized by that.
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